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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Telekommunikationssysteme
und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben
eines Telekommunikationsnetzwerks, das ein Codemultiplex-Mehrfachzugriff-(CDMA-)Kommunikationssystem
und ein Frequenzmultiplex-Mehrfachzugriff/Zeitmultiplex-Mehrfachzugriff-(FDMA/TDMA-)Kommunikationssystem
aufweist, die innerhalb eines gemeinsamen Frequenzbereichs arbeiten.
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GESCHICHTE
DES STANDS DER TECHNIK
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In
den meisten europäischen
Ländern
ist das Funkfrequenzband zwischen 935 und 960 MHz und 890 und 915
MHz für
die Verwendung durch das europaweite zellulare Kommunikationssystem
Group Speciale Mobile (GSM) reserviert. GSM nutzt eine Frequenzduplex-Vereinbarung,
nach der der obere Frequenzbereich (935 bis 960 MHz) für die Abwärtsstrecken-Übertragung
von Basisstationen zu Mobilstationen verwendet wird und der untere
Frequenzbereich (890 bis 915 MHz) für die Aufwärtsstrecken-Übertragung
von Mobilstationen zu Basisstationen verwendet wird. GSM ist ein
Frequenzmultiplex-Mehrfachzugriff/Zeitmultiplex-Mehrfachzugriff-(FDMA/TDMA-)Hybridsystem,
in dem die 25 MHz breiten Aufwärtsstrecken-
und Abwärtsstreckenbänder jeweils
in 125 paarige Kanäle
von jeweils 200 kHz Breite unterteilt sind. Jeder 200 kHz breite Kanal
ist ferner in 8 Zeitschlitze unterteilt. Wenn mehrere Betreiber
die gleiche geographische Region in Anspruch nehmen, müssen Schutzbänder zwischen den
Frequenzzuweisungen bereitgestellt werden, was zu einem gewissen
Verlust an nutzbarer Bandbreite führt. Langsames Frequenzspringen
kann in einem GSM-System ebenfalls verwendet werden. Beim langsamen
Frequenzspringen verändert
sich die Frequenz, auf der ein einzelner Benutzer in einem der 8
Zeitschlitze sendet, zwischen den Übertragungsbursts. Die Übertragungen
des Benutzers werden dann effektiv über den Frequenzbereich des Systems
gespreizt. Wenn langsames Frequenzspringen verwendet wird, kann
GSM als ein FDMA/TDMA/CDMA-Hybridsystem betrachtet werden, bei dem der
CDMA ein Frequenzsprung-Codemultiplex-Mehrfachzugriff (FH-CDMA)
ist.
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Ein
weiteres FDMA/TDMA-Hybridsystem wird im TIA/EIA-Interim-Standard
IS-136 (IS-136) beschrieben. Auch IS-136 verwendet eine Frequenzduplexanordnung
mit Abwärtsstrecken-Frequenzen
im Bereich von 869 bis 894 MHz und Aufwärtsstrecken-Frequenzen im Bereich
von 824 bis 869 MHz. Mit 30 kHz Kanalabstand und 3 Zeitschlitzen
pro Kanal stellt IS-136 832 paarige Frequenz/Zeitschlitz-Kombinationen für digitale
Kommunikation bereit. Der IS-136-Standard läßt auch analoge Kommunikation
auf bestimmten Frequenzen zu, die durch einen Systembetreiber für analoge
Kommunikation gemäß dem TIA/EIA-553-(AMPS-)Standard
reserviert sein können.
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Ein
System, das als FDMA/TDMA/CDMA-Hybridsystem betrachtet werden kann,
wird im TIA/EIA-Interim-Standard IS-661 beschrieben. In IS-661 wird
Direktsequenz-CDMA-(DS-CDMA-)Modulation
verwendet, aber Orthogonalität
zwischen Benutzern wird unter Verwendung von Zeit- und Frequeuzschlitz-Kombinationen
ermöglicht.
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Ein
weiteres Beispiel eines FDMA/DS-CDMA-Hybridsystems ist im TIA/EIA-Interim-Standard IS-95A
(IS-95) beschrieben. IS-95 arbeitet im gleichen Frequenzbereich
wie IS-136 und verwendet ebenfalls Frequenzduplex. Die Aufwärtsstrecken- und
Abwärtsstrecken-Frequenzbänder sind
jeweils in 20 paarige, 1,25 MHz breite Kanäle unterteilt. Die Trennung
von Benutzerübertragungen
innerhalb der Frequenzbänder
wird durch die Verwendung von orthogonalen Spreizcodes ermöglicht,
und die Leistungssteuerung wird durch die Verwendung von Zeitschlitzmultiplex-Leistungssteuerungsgruppen
ermöglicht.
Der IS-95-Standard läßt ebenfalls
analoge Übertragungen
bei bestimmten Frequenzen zu, die von einem Systembetreiber gemäß dem AMPS-Standard
reserviert sein können.
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Angesichts
einer solchen Verbreitung von konkurrierenden drahtlosen Mehrfachzugriffmethoden
sind mehrere Verfahren zum Betreiben unterschiedlicher Systeme für den Betrieb
in der gleichen geographischen Region vorgeschlagen worden. Eine solche
Kombination unterschiedlicher Systeme wäre ein FDMA/TDMA-System und
ein CDMA-System.
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Das
einfachste Verfahren zur Überlagerung von
FDMA/TDMA- und/oder CDMA-Systemen, das gemeinsam mit anderen Systemen
in einer gemeinsamen geographischen Region arbeiten kann, ist relativ
einfach zu implementieren, da es lediglich erfordert, daß jedem
System unterschiedliche Abschnitte des Frequenzspektrums zugewiesen
werden. Dies geschieht zum Beispiel in IS-95, wenn ein Systembetreiber
einen Abschnitt des Frequenzspektrums für digitale DS-CDMA-Übertragungen
und einen anderen Abschnitt des Frequenzspektrums für analoge FDMA-Übertragungen
unter Verwendung des TIA/EIA-553-(AMPS-)Standards
zuweist.
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Wenn
die Bandbreite der in FDMA/CDMA-Systemen, wie etwa dem IS-95-System,
verwendeten Frequenzbänder über 1,25
MHz hinaus zunimmt, wird der Ansatz zur Nutzung von Frequenzplanung,
mit der Orthogonalität
zwischen den relativ schmalbandigen FDMA/TDMA-Systemen und dem breitbandigen
FDMA/CDMA erreicht wird, eine größere Herausforderung.
Wenn zum Beispiel die Bandbreite eines Breitband-CDMA-Systems 10
MHz beträgt,
kann orthogonale Frequenzplanung, bei der mehrere Betreiber existieren,
praktisch unmöglich sein,
wenn eine festgesetzte Frequenzsystemzuweisung gegeben ist, und
somit kann eine gewisse Frequenzüberlappung
der beiden Systeme unvermeidlich sein.
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Da
die Signalenergie in einem CDMA-System über eine große Bandbreite
verteilt ist, stellt das CDMA-System möglicherweise keine erhebliche Rauschquelle
für ein
Schmalband-FDMA- oder FDMA/TDMA-System dar. Dies trifft um so mehr
zu, da die Bandbreite des CDMA-Systems zunimmt. Somit sollte, wenn
die Bandbreite des CDMA-Systems groß genug ist, der gleichzeitige
Betrieb eines Breitband-CDMA-Systems ein Schmalband-FDMA- oder FDMA/TDMA-System
nicht erheblich beeinflussen. Jedoch stellt die durch ein Schmalband-FDMA-
oder FDMA/TDMA-System erzeugte Störung einen eher großen Störungsbetrag
für ein
Breitband-CDMA-System dar, was den gleichzeitigen Betrieb beider
verbietet.
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Für den in
Nordamerika vorgeschlagenen persönlichen
Kommunikationsdienst (PCS) mit 1900 MHz wird das Störungsproblem
dadurch gelöst,
daß vom
PCS-Betreiber verlangt wird, Schmalband-Mikrowellenbenutzer innerhalb des Bandes
in einen anderen Frequenzbereich zu verschieben.
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Eine
weitere Lösung
für das
Problem der Koexistenz von FDMA/TDMA- und CDMA-System ist in den
US-Patenten 5 185 762 und 5 351 269 beschrieben, die auf verschiedene
Weise die Verwendung eines Kammfilters anwenden, um die Schmalband-FDMA-
oder FDMA/TDMA-Signale auszufiltern, die innerhalb der Bandbreite
eines DS-CDMA-Systems auftreten, oder um die DS-CDMA-Signale auszufiltern,
die die Schmalband-Signalen stören
können.
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Eine
weitere Lösung
ist im US-Patent 5 161 168 und im US-Patent 5 228 053 beschrieben,
in denen sich ein Breitband-DS-CDMA-System mit einer vielfachen
Menge der Bandbreite des Schmalband- FDMA- oder FDMA/TDMA-Systems außerhalb der
Strahlungskeule der Schmalband-Antennenbenutzer befindet.
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Noch
eine weitere Lösung
ist im US-Patent 5 377 223 beschrieben, in dem DS-CDMA-Signale im Frequenzbereich
aus dem Schmalband-FDMA oder FDMA/TDMA ausgefiltert werden, indem
ein sogenanntes Kerbfilter verwendet wird, um die Fourierkoeffizienten
in ausgewählten
erwünschten
Bändern auszufiltern.
Diese Methode wird sowohl auf der Sende- als auch auf der Empfangsseite
des DS-CDMA-Systems
verwendet.
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Jede
der obigen Lösungen
weisen gewisse Unzulänglichkeiten
beim Betrieb der koexistierenden Systeme auf Die Lösungen erfordern
entweder, daß die
jedem System zugewiesenen Frequenzen beschränkt werden oder daß dem CDMA-System
zusätzliche
Ausrüstung
hinzugefügt
wird. Deshalb besteht Bedarf an einem Verfahren und einer Vorrichtung,
die es einem Breitband-CDMA-System und einem bestehenden Schmalband-FDMA/TDMA-System
gestatten, in einem gemeinsamen Frequenzbereich auf eine Weise betrieben
zu werden, die die Frequenznutzung nicht einschränkt oder komplizierte zusätzliche
Ausrüstung
erfordert.
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EP-A-0
665 659 beschreibt ein TDMA/CDMA-Mobilfunk-Kommunikationssystem.
Das System umfaßt
eine TDMA-Basisstation und eine benachbarte CDMA-Basisstation. Die
TDMA-Basisstation sendet/empfängt
ein TDMA-Signal mit einem ersten Rahmen nach Art des TDMA/TDD-Systems,
während
die CDMA-Basisstation ein CDMA-Signal mit einem zweiten Rahmen sendet/empfängt. Damit
der Betrieb nicht synchronisiert werden muß, wenn sich eine Mobilfunkeinheit,
die imstande ist, entweder in der TDMA-Betriebsart oder in der CDMA-Betriebsart zu
kommunizieren, zwischen den Dienstbereichen der TDMA-Basisstation
und der CDMA-Basisstation bewegt, haben der erste und der zweite
Rahmen die gleiche Länge
und sind miteinander synchronisiert.
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EP-A
0 600 713 offenbart ein TDMA/CDMA-Hybridsystem, das dafür ausgelegt
ist, die Anzahl der Benutzer, die in einem Frequenzband arbeiten,
zu erhöhen.
Eine Codemenge von K orthogonalen Codes wird verwendet, indem jedem
Benutzer eines Codes Kn einer aus einer Vielzahl von Zeitschlitzen
L zugewiesen wird. Die gleiche Menge von Codes K kann somit in unterschiedlichen
Zeitschlitzen wiederverwendet werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Betreiben eines Telekommunikationsnetzwerks bereit, das ein
Codemultiplex-Mehrfachzugriff-(CDMA-)Kommunikationssystem
und ein Frequenzmultiplex-Mehrfachzugriff/Zeitmultiplex-Mehrfachzugriff-(FDMA/TDMA-)System
innerhalb einer gemeinsamen geographischen Region unter Verwendung
eines gemeinsamen Frequenzbereichs für beide Systeme aufweist.
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Das
Senden und Empfangen von Schmalband-FDMA/TDMA-Signalen in einer
Vielzahl von Funkfrequenzkanälen
innerhalb des FDMA/TDMA-Systems ist so synchronisiert, daß mindestens ein
Zeitschlitz in jedem Funkfrequenzkanal für CDMA-Übertragungen reserviert ist.
Das Senden und Empfangen von CDMA-Signalen im CDMA-System wird dann
während
der freien Zeitschlitze durchgeführt.
Auf diese Weise werden die Übertragungen des
FDMA/TDMA-Systems und des CDMA-Systems zeitlich
orthogonal zueinander gemacht.
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Unter
Verwendung des Prinzips der zeitlichen Orthogonalität sind keine
spezielle Filterung, Frequenzplanung oder Antennenanordnung erforderlich.
Da alle Sender-Empfänger
in einer typischen Funkbasisstation auf die gleiche Referenz synchronisiert
sind, ist in der FDMA/TDMA-Basisstation keine spezielle Ausrüstung erforderlich.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung weist die Funkbasisstations-Schaltungsanordnung, die
in jeder Zelle eines zellularen Funkkommunikationsnetzwerks angeordnet
ist, eine FDMA/TDMA-Basisstation
auf, die gemäß dem Group
Speciale Mobile-(GSM-)Standard arbeitet, und eine Breitband-CDMA-Funkbasisstation,
die innerhalb einer Bandbreite in der Größenordnung von 10 MHz arbeitet.
Die Bandbreiten der FDMA/TDMA- und CDMA-Funkbasisstationen überschneiden
sich in einem gemeinsamen Frequenzbereich. Die Funkbasisstations-Schaltungsanordnung
weist ferner einen Basisstations-Controller zur Synchronisation
des Betriebs der FDMA/TDMA- und DS-CDMA-Funkbasisstationen auf.
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Jede
der FDMA/TDMA- und CDMA-Funkbasisstationen sendet auf einem Abwärtsstrecken-Funkkanal an FDMA/TDMA-
beziehungsweise CDMA-Mobilstationen und empfängt auf einem Aufwärtsstrecken-Funkkanal
von FDMA/TDMA- beziehungsweise CDMA-Mobilstationen. Der Betrieb
der FDMA/TDMA- und CDMA-Basisstationen wird zeitlich orthogonal
gemacht, indem mindestens ein Zeitschlitz von TDMA-Rahmen, in denen
die FDMA/TDMA-Basisstation sendet und empfängt, für das Senden und Empfang der
CDMA-Basisstation reserviert wird. Der Basisstations-Controller
synchronisiert den Betrieb der FDMA/TDMA- und der CDMA-Basisstation,
so daß das
System auf nicht störende
Weise arbeitet.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung arbeiten die FDMA/TDMA-Funkbasisstationen gemäß dem IS-136-Systemstandard.
In dieser Ausführungsform
wird der Betrieb der FDMA/TDMA- und CDMA-Basisstationen orthogonal
gemacht, indem mindestens einer der Zeitrahmen einer aufeinanderfolgenden
Reihe von TDMA-Zeitrahmen, in denen die FDMA/TDMA-Basisstation sendet
und empfängt, für das Senden
und Empfang der CDMA-Basisstation reserviert wird.
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Die
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann
anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen,
in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente beziehen,
leicht erkennbar.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Eine
beispielhafte Ausführungsform
der Erfindung wird nun mit Bezug auf beigefügte Zeichnungen ausführlich beschrieben,
wobei diese folgendes zeigen:
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1A und 1B stellen
ein zellulares Funkkommunikationsnetzwerk gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar;
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2 ist
ein Blockschaltbild einer FDMA/TDMA-Funkbasisstation gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung;
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3 stellt
eine FDMA/TDMA-Rahmen- und Zeitschlitzstruktur dar, die in einer
Ausführungsform der
Erfindung genutzt werden kann;
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4 ist
ein Blockschaltbild einer CDMA-Funkbasisstation gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung.
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5 ist
eine Darstellung eines Breitband-CDMA-Abwärtsstrecken-Signalformats,
das in einer Ausführungsform
der Erfindung genutzt werden kann;
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6 ist
ein Blockschaltbild eines Basisstations-Controllers gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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7 ist
eine Darstellung von möglichen Frequenzzuweisungen
für das
FDMA/TDMA-Kommunikationssystem
und das CDMA-Kommunikationssystem aus 1 gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung;
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8A ist
eine Darstellung der zeitlichen Beziehungen zwischen dem FDMA/TDMA-Kommunikationssystem
und dem CDMA-Kommunikationssystem aus 1 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung; und
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8B ist
eine Darstellung einer beispielhaften zeitlichen Beziehung zwischen
dem FDMA/TDMA-Kommunikationssystem und dem CDMA-Kommunikationssystem
aus 1 gemäß einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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In
der folgenden Beschreibung werden zum Zweck der Darstellung und
nicht der Einschränkung spezifische
Einzelheiten erläutert,
wie etwa bestimmte Schaltungen, Schaltungsbestandteile, Methoden und
so weiter, um ein gründliches
Verständnis
der Erfindung zu ermöglichen.
Für den
Fachmann wird jedoch erkennbar, daß die vorliegende Erfindung
in anderen Ausführungsformen,
die von diesen spezifischen Einzelheiten abweichen, in die Praxis
umgesetzt werden kann. In anderen Fällen sind ausführliche
Beschreibungen von bekannten Verfahren, Bauelementen und Schaltungen
weggelassen worden, um die Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht
durch unnötige
Einzelheiten unverständlich
zu machen.
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Mit
Bezug auf 1A und 1B wird
nun ein zellulares Funkkommunikationsnetzwerk 100 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Telekommunikationsnetzwerk 100 weist
ein Codemultiplex-Mehrfachzugriff-(CDMA-)Kommunikationssystem und
ein Frequenzmultiplex-Mehrfachzugriff/Zeitmultiplex-Mehrfachzugriff-(FDMA/TDMA-)Kommunikationssystem
auf, die beide innerhalb eines gemeinsamen Frequenzbereichs arbeiten.
Wie dargestellt ist die geographische Region, die vom Netzwerk 100 versorgt
wird, in eine Anzahl von kleineren Funkversorgungsregionen, bekannt
als Zellen, unterteilt. In 1 sind
drei Zellen, Zellen 110a–110c, dargestellt,
wobei jeder der Zellen 110a–110c entsprechende
Funkbasisstations-Schaltungsanordnung 170a–c zugeordnet
ist. Wenngleich drei Zellen dargestellt sind, kann das System 100 mehr
oder weniger als drei Zellen aufweisen. Jedem Abschnitt der Funkbasisstations-Schaltungsanordnung 170a–c ist ein
Funkturm 130a–c
zugeordnet, wo sich die Sende- und
Empfangsantennen (nicht dargestellt) befinden. Man beachte, daß die Verwendung
von sechseckig geformten Zellen nur eine graphisch bequeme Möglichkeit
der Darstellung von Bereichen der Funkversorgung ist, die einer
bestimmten Basisstation zugeordnet sind. In Wirklichkeit können Zellen
unregelmäßig geformt
sein, können
einander überlappen
und grenzen nicht unbedingt aneinander an. Innerhalb der Zellen 110a–c ist eine
Vielzahl von Mobilstationen 120a–c verteilt. Die Basisstationen 170a–c ermöglichen
Zweiweg-Funkkommunikation mit den Mobilstationen 120a–c, die
sich innerhalb der jeweiligen Zellen befinden. Die Mobilstationen 120a–c können sich überall in
den Zellen des Telekommunikationsnetzwerks 100 bewegen.
Jeder der Abschnitte der Funkbasisstations-Schaltungsanordnung 170a–c ist mit
der Mobiltelefon-Vermittlungsstelle (MTSO) 150 über eine Schnittstelle 190a–c gekoppelt,
die eine Verbindung mit dem Fernsprechwählnetzwerk (PSTN) 160 bereitstellt.
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1B stellt
eine Zelle des Systems aus 1A dar,
die eine Funkbasisstations-Schaltungsanordnung 170a zeigt.
Die Einzelheiten der Funkbasisstations-Schaltungsanordnung 170b–c sind
mit der der Funkbasisstation 170a identisch. Die Funkbasisstations-Schaltungsanordnung 170a umfaßt sowohl
eine Schmalband-FDMA/TDMA-Funkbasisstation 200 als auch
eine Breitband-CDMA-Funkbasisstation 400.
Ein separater Basisstations-Controller 500 steuert den
Betrieb jeder Basisstation 200 und 400 über Schnittstellen 280 beziehungsweise 480. Obwohl
die Schmalband-FDMA/TDMA-Funkbasisstation 200,
die Breitband-CDMA-Basisstation 400 und der Basisstations-Controller 500 als
separate Elemente dargestellt sind, ist es für den Fachmann offensichtlich,
daß diese
Elemente zu einer einzigen Funkbasisstation kombiniert sein können. Außerdem stellt 1B dar,
daß die
Schmalband-FDMA/TDMA-Funkbasisstation 200 und
die Breitband-CDMA-Basisstation 400 der Funkbasisstations-Schaltungsanordnung 170a einen
Furikantennenturm 130a verwenden. Obwohl dies als Mittel
zur Kostensenkung bevorzugt wird, geht die vorliegende Erfindung
davon aus, daß separate
Antennentürme
für jede
Basisstation verwendet werden können
und daß die
separaten Funktürme
geographisch nicht am gleichen Ort angeordnet sein müssen. Es
ist für
den Fachmann auch offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung,
obwohl sie für
die drei Zellen aus 1 beschrieben
wird, auf ein System mit vielen Zellen von unterschiedlicher Größe, Form
und Versorgung angewendet werden kann.
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Das
Blockschaltbild der Schmalband-FDMA/TDMA-Funkbasisstation 200 ist
in 2 dargestellt. In der in 1 dargestellten
Ausführungsform arbeitet
die FDMA/TDMA-Funkbasisstation 200 gemäß dem GSM-Systemstandard. Der
Controller 220 steuert die Kommunikation mit der MTSO 150 über die
Schnittstelle 190a. Die Funkbasisstation 200 umfaßt einen
oder mehrere TDMA-Kanal-Sender-Empfänger 210a–n, wobei
jeder der Sender-Empfänger 210a–n dafür eingerichtet
ist, Aufwärtsstrecken-
und Abwärtsstrecken-Funkkommunikation
in einem spezifischen Funkfrequenzband zu ermöglichen. Das spezifische Frequenzband
für jeden
Sender-Empfänger 210a–n kann
festgelegt oder elektronisch abstimmbar sein. Der Ausgang jedes
Sender-Empfängers 210a–n ist mit
einem Kombinator 240 gekoppelt, der eine Vielzahl von Eingängen zu
einem einzelnen Ausgang verbindet, der mit dem Leistungsverstärker 275 gekoppelt
ist und somit über
Antenne 270 mit dem Antennenturm 130a. Auf der
Empfangsseite sind die durch Antennen 260a–b vom Antennenturm 130a empfangenen
Funksignale jeweils mit rauscharmen Verstärkern 265a–b gekoppelt
und infolgedessen mit den Leistungsverteilern 250a–b. Die
Leistungsverteiler 250a–b teilen das empfangene verstärkte Funkfrequenzsignal
in eine Vielzahl von Ausgängen,
die wie dargestellt mit den Sender-Empfängern 210a–n gekoppelt
sind. Jeder Sender-Empfänger 210a–n empfängt Signale
von mindestens zwei Antennen des Antennenturms 130a, wobei
die beiden Antennen räumlich
voneinander getrennt sind, so daß die Funksignale mit nicht
korreliertem Schwund an jeder Antenne 260a–b empfangen
werden. Die empfangenen Signale werden gemäß bekannten Methoden diversity-kombiniert.
Die Sender-Empfänger 210a–n arbeiten
in einem spezifischen Frequenzband, wie etwa dem 200 kHz breiten Frequenzband,
das sich im vorher erwähnten GSM-Frequenzbereich
befindet. Jedes Funkfrequenzband ist weiter in zum Beispiel acht
Zeitschlitze unterteilt, wobei jedem Benutzer ein spezifischer Zeitschlitz
zugewiesen ist. Die Synchronisation der Sender-Empfänger 210a–n wird
durch den Controller 220 und den Rahmentakter 230 vorgenommen,
die durch Signale, die über
die Schnittstelle 280 mit dem Basisstations- Controller 500 ausgetauscht
werden, mit allen anderen Basisstationen 170a–c synchronisiert
werden können.
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Mit
Bezug auf 3 wird nun eine FDMA/TDMA-Rahmen-
und Zeitschlitzstruktur dargestellt, die in einer Ausführungsform
der Erfindung genutzt werden kann. Die Rahmenstruktur aus 3 ist identisch
mit der im GSM verwendeten Rahmenstruktur. Jeder TDMA-Rahmen 310 ist
4,615 ms lang und in acht Zeitschlitze 300 mit jeweils
ungefähr 0,577
ms Dauer unterteilt. Jeder Zeitschlitz 300 umfaßt Synchronisations-,
Daten- und Fehlerkorrekturfelder. Jeder Mobilstation 120a–c im zellularen
Kommunikationsnetzwerk 100 wird eine bestimmte Frequenz-
und Zeitschlitzkombination zugewiesen, über die Steuerungs- und/oder
Verkehrsinformation an die Mobilstation rundgesendet wird und von
der Mobilstation durch die FDMA/TDMA-Basisstation 200 empfangen
wird. Die FDMA/TDMA-Rahmen sind in längeren Mehrfachrahmen 320 angeordnet,
in denen Verkehr (das heißt
Sprache und Daten) mit Steuerinformation vermischt ist.
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Bei
TDMA wird Gleichkanal-Störung
durch Verwendung eindeutiger Zeitschlitz/Frequenzkombinationen vermieden,
so daß keine
zwei Benutzer in der gleichen geographischen Region zu irgendeinem Zeitpunkt
gleichzeitig die gleiche Zeitschlitz/Frequenzkombination benutzen.
Im Gegensatz dazu verwenden in einem CDMA-System Mobilstationen den
gleichen Frequenzbereich zur gleichen Zeit; die Trennung wird durch
die Verwendung orthogonaler Codemengen erreicht. Ein solches System,
das als Stand der Technik bekannt ist, ist IS-95. In der IS-95-Abwärtsstrecke
wird den Benutzern ein eindeutiger Walsh-Code zugewiesen. Codes,
die anderen Benutzern in der gleichen Zelle zugewiesen werden, sind
arithmetisch orthogonal zueinander. Vorausgesetzt, daß alle Signale
an der Basisstation mit ungefähr
dem gleichen Leistungspegel ankommen, kann die Basisstation das
empfangene Mischsignal zu einem bestimmten Benutzercode korrelieren,
der auch dazu dient, jenen Teil des Signals zu dekorrelieren, der
für andere
Benutzer bestimmt ist. Diese Methode ist als Direktsequenz-CDMA
(DS-CDMA) bekannt.
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Mit
Bezug auf 4 wird nun ein Blockschaltbild
der DS-CDMA-Basisstation 400 aus 1B dargestellt.
Die CDMA-Sender 410a–n
erzeugen spreizspektrum-modulierte Pseudozufallssignale, wie sie
zum Beispiel in 5 dargestellt sind. In 5 werden
Informationsbits (das heißt
Benutzerdaten, wie etwa codierte Sprachinformation) vom Benutzer
n im Addierer 530n mit dem dem Benutzer n zugewiesenen
eindeutigen Spreizcode 510n Modulo-2-addiert. Im allgemeinen
kann es ebenso viele Benutzer geben, wie es eindeutige Spreizcodes
gibt. Außerdem
wird ein Pilotcodekanal erzeugt, indem eine Pilotcodesequenz (zum
Beispiel eine Folge nur aus Nullen oder Einsen) zu einem Pilot-Spreizcode 520 hinzugefügt wird.
Der Pilot-Spreizcode 520 kann ein reservierter Code aus
der Menge von Benutzercodes sein. Die codierte Benutzerinformation
und der codierte Pilotkanal werden kombiniert und spreizspektrum-moduliert, indem
zu dem Mischsignal ein im Pseudozufalls-Codegenerator 550 erzeugter Pseudozufalls-Rauschen-(PN-)Code
addiert wird. Wie in 4 dargestellt, werden die PN-modulierten Signale
von jedem Sender-Empfänger
an den Sende-Kombinator 460 und infolgedessen an den Leistungsverstärker 470 übergeben.
Der Leistungsverstärker 470 verstärkt die
modulierten Signale und übergibt
das verstärkte
Signal über
die Antenne 490 an den Antennenturm 130a, der
das Signal an die Mobilstationen ausstrahlt. Es kann eine oder mehrere
Pilotkanäle
geben, die von jeder Breitband-CDMA-Funkbasisstation 400 rundsenden.
Der Controller 430 steuert die Kommunikation mit der MTSO 150 über die
Schnittstelle 190a.
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PN-modulierte
Signale, die von den Mobilstationen durch den Antennenturm 130a empfangen werden,
werden über
die Antenne 495 empfangen und an den rauscharmen Verstärker 485 übergeben und
infolgedessen an den Leistungsverteiler 450, der das verstärkte Empfangssignal
in eine Vielzahl von Ausgängen
aufteilt, von denen jeder mit einem entsprechenden Empfänger der
Breitband-CDMA-Empfänger 420a–n gekoppelt
ist. Jeder der Breitband-Empfänger 420a–n korreliert
dann das empfangene Mischsignal mit dem bestimmten Code, um das zugrundeliegende
Informationssignal nach bekannten Methoden zu extrahieren.
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6 ist
ein Blockschaltbild eines Basisstations-Controllers gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung. Der Basisstations-Controller 500 umfaßt einen
Synchronisator 602, einen Prozessor 604 und einen
Zuweisungsspeicher 606. Der Synchronisator 602 kommuniziert
mit der FDMA/TDMA-Funkbasisstation 200 und
der CDMA-Funkbasisstation 400 über die Schnittstellen 280 beziehungsweise 480,
um die Synchronisationssteuerung zu ermöglichen. Der Prozessor 604 empfängt Synchronisationsinformation
von der MTSO 150 über
die Antenne 190a.
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In 7 ist
ein möglicher
Frequenzzuweisungsplan für
die Ausführungsform
aus 1 innerhalb des gemeinsamen Frequenzbereichs
der FDMA/TDMA-Funkbasisstation und der CDMA-Basisstation dargestellt.
Wie in 7 dargestellt, liegt das Breitband-CDMA-Frequenzband 702 in
der Ausführungsform
in der Größenordnung
von 10 MHz, mit separaten Aufwärtsstrecken-
und Abwärtsstreckenbändern zur
Duplexkommunikation. Offenkundig sind andere Bandbreiten und Duplexanordnungen
möglich. In
der Ausführungsform
umfaßt
der Schmalband-FDMA/TDMA-Frequenzbereich 704 den GSM-Frequenzbereich.
Für eine
bestimmte Zelle wird eine erste Menge von 200 kHz breiten Frequenzbändern 706–712 zum
Empfangen zugewiesen, und eine zweite Menge von 200 kHz breiten
Frequenzbändern 714–720 wird
zum Senden zugewiesen. Bei der in 7 dargestellten
Frequenzzuweisung überlappen sich
das Breitband-CDMA-Frequenzband und die der Schmalband-FDMA/TDMA-Funkbasisstation
zugeordneten FDMA-Kanäle
innerhalb eines gemeinsamen Frequenzbereichs.
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Gegenseitige
Störung
zwischen den Schmalband-FDMA/TDMA-Funkbasisstationen und den Breitband-CDMA-Basisstationen
des Netzwerks 100 wird gemäß der vorliegenden Erfindung
vermieden, indem gewisse TDMA-Zeitschlitze zur Verwendung durch
die Schmalband-FDMA/TDMA-Funkbasisstationen
und andere zur Verwendung durch die Breitband-CDMA-Basisstationen
reserviert werden. Als ein Beispiel sind die zeitlichen Beziehungen
zwischen der FDMA/TDMA-Basisstation 200 und der CDMA-Funkbasisstation 400 in 8A dargestellt. Wie
in 8A dargestellt, ist der Zeitschlitz eins in allen
Schmalband-Frequenzkanälen
o–n der
FDMA/TDMA-Funkbasisstation 200 zur Verwendung durch die
Breitband-CDMA-Funkbasisstation 400 reserviert. Während der übrigen sieben
Zeitschlitze arbeitet die Schmalband-FDMA/TDMA-Funkbasisstation 200 auf
normale Weise, und die Breitband-CDMA-Basisstation 400 ist ausgeschaltet.
Wenn ein größerer Durchsatz
an der Breitband-CDMA-Basisstation 400 erforderlich ist,
kann mehr als ein Zeitschlitz reserviert werden, wie in 8B dargestellt. Die
Verwaltung und Synchronisation der Funkbasisstationen 200 und 400 wird
vom Basisstations-Controller 500 durchgeführt. Die
anderen Funkbasisstationen arbeiten ähnlich, unter Verwendung identischer Zeitschlitzzuordnungen,
mit der Ausnahme, daß die jeder
Zelle zugeordneten Schmalband-Frequenzkanäle verschieden sein können.
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In
der Ausführungsform
aus 1, wo die FDMA/TDMA-Funkbasisstation 200 eine
GSM-Basisstation
ist, ist es möglich,
Abwärtsstrecken-Zeitschlitze
zur Verwendung durch die Breitband-CDMA-Basisstation 400 praktisch
ohne Auswirkungen auf den Betrieb des Schmalband-FDMA/TDMA-Systems
zu reservieren. Im GSM ist es nicht notwendig, daß eine Mobilstation
in allen Abwärtsstrecken-Zeitschlitzen
sendet, um die Synchronisation mit dem System aufrechtzuerhalten.
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In
einer alternativen Ausführungsfom,
wo die Schmalband-FDMA/TDMA-Funkbasisstation 200 eine IS-136-Basisstation
ist, ist es nicht möglich,
Abwärtsstrecken-Zeitschlitze
zur Verwendung durch die Breitband-CDMA-Basisstation 400 zu
reservieren. Das liegt daran, daß es keine Schutzbänder zwischen
den Abwärtsstrecken-Zeitschlitzen
gibt und die Funkbasisstation auf allen drei Zeitschlitzen übertragen
muß, selbst
wenn nur einer aktiv ist. In diesem Fall wird eine alternative zeitliche
Beziehung der Erfindung verwendet, wobei vollständige Rahmen anstelle von Zeitschlitzen
zur Verwendung durch die Breitband-CDMA-Basisstation 400 reserviert
werden.
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Es
kann für
die Breitband-CDMA-Funkbasisstation 400 notwendig werden,
einen Pilotkanal zu allen Zeiten zu übertragen, damit Mobilstationen
Synchronisation und eine kohärente
Referenz für
die Demodulation erlangen können.
Die Existenz des Pilotkanals in den Zeitschlitzen (oder Rahmen),
die für den
Schmalbandbetrieb reserviert sind, stellt keine meßbare Störung für Senden
und Empfang von Schmalband-FDMA/TDMA-Basisstationen dar, da die
Signalenergie des Breitband-Pilotkanals in jeder 200-kHz-Bandbreite
höchstwahrscheinlich
unterhalb des Pegels der Gleichkanal-Störung und des thermischen Rauschens
liegt.
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Wenngleich
die vorliegende Erfindung mit Bezug auf eine bestimmte Ausführungsform
beschrieben worden ist, wird der Fachmann anerkennen, daß die vorliegende
Erfindung nicht auf die spezifischen Ausführungsformen beschränkt ist,
die hierin beschrieben und dargestellt sind. Verschiedene Ausführungsformen
und Anpassungen außer
den dargestellten und beschriebenen wie auch viele Variationen,
Modifikationen und äquivalente
Anordnungen werden nun zweckmäßig durch
die vorstehende Patentschrift und die Zeichnungen empfohlen, ohne vom
Wesen oder Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Wenngleich die
vorliegende Erfindung hier ausführlich
in Bezug auf ihre bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden
ist, versteht es sich, daß diese
Offenbarung nur Darstellungs- und Beispielcharakter für die vorliegende
Erfindung hat und lediglich dem Zweck der Darbietung einer vollständigen und
ausführbaren
Offenbarung der Erfindung dient. Dementsprechend soll die Erfindung
nur durch den Erfindungsgedanken und Schutzbereich der hier beigefügten Ansprüche beschränkt werden.